t.c. · makİna mÜhendİslİĞİ bÖlÜmÜ masaÜstÜ plastİk ekstrÜzyon makİnesİ tasarimi ve...
TRANSCRIPT
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MASAÜSTÜ PLASTİK EKSTRÜZYON MAKİNESİ
TASARIMI VE İMALATI
MM-4006 BİTİRME PROJESİ
Görkem OCAK
Elifnaz BABA
Aydın TERLEMEZOĞLU
Ceyhan GÜLEÇ
HAZİRAN 2018
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MASAÜSTÜ PLASTİK EKSTRÜZYON MAKİNESİ
TASARIMI VE İMALATI
MM-4006 BİTİRME PROJESİ
Görkem OCAK
Elifnaz BABA
Aydın TERLEMEZOĞLU
Ceyhan GÜLEÇ
Danışmanlar
Doç. Dr. Recep GÜMRÜK
Doç. Dr. Ömer Necati CORA
Doç. Dr. Hasan GEDİKLİ
Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU
HAZİRAN 2018
TRABZON
ÖNSÖZ
Çağımızdaki teknolojik gelişmeleri müteakiben, plastik sektörü ve daha özelde plastik
boru sektöründeki gelişmeler dikkat çekicidir. Geçmişten günümüze insanlar yaşamlarını
kolaylaştırmak, yaşam kalitesini artırmak için ihtiyaçları doğrultusunda arayış içinde
olmuşlardır. Günümüzde boru, tel, çubuk gibi ürünlerin çok yaygın ve geniş bir kullanım
alanı vardır. Havacılık, otomotiv, sağlık, haberleşme, inşaat ve enerji sistemleri sektörlerde
ekstrüzyon ürünleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kadar talebin olduğu sektörde hızlı,
düşük maliyetli, kaliteli ve çevre dostu üretim önem arz etmektedir. Bu projede amaç
masaüstü boyutlarında, enerji tüketimi düşük, uygun maliyetli, malzeme kaybının az olduğu
ekstrüzyon makinasının üretilmesi hedeflenmektedir.
Çalışmalarımız esnasında bilgi ve yardımlarını esirgemeyen tez danışmanımız Doç.
Dr. Recep GÜMRÜK’e, tezimizin her aşamasında her türlü desteği veren Doç. Dr. Ömer
Necati CORA ve Doç. Dr. Hasan GEDİKLİ hocalarımıza ve her türlü problemimizde
yanımızda olan Arş. Gör. Altuğ UŞUN’a ve Arş. Gör. Hamdi KULEYİN’e teşekkürlerimizi
borç biliriz.
TRABZON 2018
İÇİNDEKİLER
ÖZET ........................................................................................................................................ III
SUMMARY ............................................................................................................................. IV
ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................................... V
TABLOLAR DİZİNİ .............................................................................................................. VII
1.GENEL BİLGİLER ................................................................................................................. 1
1.1.Ekstrüzyon ve Sistemi Tanıtımı ........................................................................................ 1
1.1.1.Ekstrüzyon Makinası ................................................................................................. 1
1.1.2.Tek Vidalı Ekstrüderlerin Genel Özellikleri .............................................................. 2
1.1.3.Çift Vidalı Ekstruderlerin Genel Özellikleri .............................................................. 2
1.1.4.Tek ve Çift Vidalı Ekstruderlerin Karşılaştırılması ................................................... 4
1.2.Ekstrüzyon Sisteminin Ana Elemanları ............................................................................ 4
1.2.1. Huni ........................................................................................................................... 4
1.2.2. Vida (Burgu veya Helezon) ...................................................................................... 5
1.2.3. Silindir (Kovan-Ocak) .............................................................................................. 8
1.2.4.Ekstrüzyon Kovan Tipleri ve Çalışma Prensipleri ..................................................... 8
1.2.5. Soğutma ve Vakumlama Ünitesi .............................................................................. 9
1.2.6. Çekici ........................................................................................................................ 9
1.2.7. Kalıp ........................................................................................................................ 10
1.2.8.Redüktör ................................................................................................................... 10
1.2.9.Hız Kontrol Sürücüsü .............................................................................................. 11
1.2.10.Rezistans ve Isıtıcılar ............................................................................................. 11
1.3.Ekstrüzyon Üretim Ayarları ............................................................................................ 12
1.3.1.Ekstrüzyonla Üretimde Sıcaklık Basınç ve Vidaya Etkisi ....................................... 12
1.3.2.Ekstrüzyon Makinesinin İlk Ayarı ve Çalıştırılması................................................ 12
1.3.3.Ham Madde Miktarının Ayarlanması ...................................................................... 13
1.3.4.Sıcaklık Ayarlarının Yapılması ................................................................................ 13
1.3.5.Basınç (Vida Dönüş Hız) Ayarlarının Yapılması .................................................... 15
1.4.Ekstrüder Çekim ve Kesim Ayarları ............................................................................... 15
1.4.1.Ekstruder Çekici Sistemleri ..................................................................................... 15
1.4.2. Çekiş Ayarlarının Yapılması ................................................................................... 17
1.4.3.Ekstrüder Kesim Sistemleri ..................................................................................... 17
1.4.4.Kesim Ayarlarının Yapılması .................................................................................. 19
1.5.Ekstrüder ve Kalibre Otomasyonu .................................................................................. 20
1.5.1.Basınç Ölçümü ve Otomasyonu ............................................................................... 21
1.5.2.Sıcaklık Ölçümü ve Otomasyonu ............................................................................ 26
1.5.3.Motor Kontrolü ........................................................................................................ 27
2.YAPILAN ÇALIŞMALAR .................................................................................................. 29
2.1.Tasarımın Amacı, Kısıtları ve Koşulları ......................................................................... 29
2.2. Sistem Elemanları ve Özellikleri ..................................................................................... 30
2.2.1 Redüktör ve Hız Kontrolcüsü Özellikleri ................................................................ 30
2.2.2 Isıtıcı Kontrolcüsü ve Özellikleri ............................................................................. 32
2.2.3.Termoeleman Seçimi ............................................................................................... 35
2.2.4. Kontrol Panelinin Oluşturulması ............................................................................ 36
3.BULGULAR ......................................................................................................................... 37
4.TARTIŞMA .......................................................................................................................... 42
5.SONUÇLAR ......................................................................................................................... 43
6.ÖNERİLER ........................................................................................................................... 44
7.KAYNAKLAR ...................................................................................................................... 46
8.EKLER .................................................................................................................................. 47
III
ÖZET
Plastiklerin işlenmesinde en yaygın metotlardan biri ekstrüzyon işlemidir. Plastik boru
üretimi ekstrüzyon işlemlerinden biridir ve günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yöntem üretim bakımından birçok avantaj sunmaktadır. Bu tezde ekstrüzyon işleminde
kullanılan malzemeler hakkında temel bilgiler, ekstrüzyon işlemi ve donanımları ele
alınmıştır. Çalışmada; plastikler, ekstrüzyon yöntemleri, ekstrüzyon donanımları temel bilgi
niteliğinde olup, ağırlıkla plastik boru imalatının üretim aşamalarının uygulanması üzerinde
durulmuştur. Ekstrüzyon sistemlerinde çevreci ve düşük maliyetli malzeme kullanılması
öngörülmektedir. Tasarlanması planlanan sistemde üretilecek ürünlerin en uygun ürünün
elde edilmesi amaçlanmaktadır. Bu sebepten dolayı kullanılan termoplastiklerin farklı
üretim parametrelerinde elde edilen ürünün yüzey kalitesi ve dayanıklılık bakımından
karşılaştırılması hedeflenmektedir.
Anahtar Kelimeler: Ekstrüzyon, polimer, termoplastik
IV
SUMMARY
The extrusion process is one of the most common methods of processing plastics.
Plastic pipe production is one of the extrusion processes and this process is widely used today.
The method offers many advantages in production. In this thesis, basic information about the
materials used in extrusion process, extrusion process and equipment are discussed. Study;
plastics, extrusion methods, extrusion equipment are basic knowledge and emphasis on
application of production stages of plastic pipe manufacturing. It is envisaged to use
environmentally friendly and low-cost material in extrusion systems. It is aimed to obtain the
most appropriate product of the products to be produced in the planned system. For this
reason, it is aimed to compare the surface quality and durability of the product obtained in
different production parameters of the thermoplastics which are used.
Keywords: Extrusion, polymer, thermoplastic
V
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa No
Şekil 1. Ekstrüder Sistemi .................................................................................................... 1
Şekil 2. Değişik çift vidalı ekstruder tipleri ......................................................................... 3
Şekil 3. Çift vidalı ekstrüder konum tipleri .......................................................................... 3
Şekil 4. Modüler çift vidalı ekstruder ................................................................................... 3
Şekil 5. Ekstrüder Vidası ....................................................................................................... 5
Şekil 6. Ekstrüder Vidası Çeşitleri ....................................................................................... 6
Şekil 7. Ekstrüder Vidasında tipik bölgeler ......................................................................... 8
Şekil 8. Ekstrüzyon Sisteminin Şematik Gösterimi ........................................................... 10
Şekil 9. Ekstrüder sıcaklık ayar ekranı ............................................................................... 14
Şekil 10. Ekstrüder hız ayar ekranı ...................................................................................... 15
Şekil 11. Bantlı ve paletli tip çekiciler ................................................................................. 16
Şekil 12. Palet çeşitleri ........................................................................................................ 16
Şekil 13. Ekstrüder çekici ünitesi ........................................................................................ 17
Şekil 14. Giyotin Kesim Cihazı ........................................................................................... 18
Şekil 15. Otomatik giyotin kesim ........................................................................................ 19
Şekil 16. Ekstrüder, kontrol konsolu, matris ve motor ........................................................ 21
Şekil 17. Ekstrüderde kullanılan bir basınç sensörü ............................................................ 21
Şekil 18. Ekstrüder ve bölümleri .......................................................................................... 22
Şekil 19. Ekstrüder kafasında basınç ölçümü ....................................................................... 23
VI
Şekil 20. Kovan üzerinde basınç ölçümü ............................................................................. 24
Şekil 21. Ekstrüderde filtre üzerinde basınç ölçümü ............................................................ 24
Şekil 22. Ekstrüder otomasyon şeması ................................................................................. 25
Şekil 23. PID kontrol kullanılan işlemin cevap grafiği ........................................................ 25
Şekil 24. Ek kontrol parametreleri blok şeması ................................................................... 26
Şekil 25. Sıcaklık kontrol şeması ......................................................................................... 26
Şekil 26. Motor sürücü blok diyagramı ................................................................................ 27
Şekil 27. Motor için Hız- Zaman grafiği .............................................................................. 28
Şekil 28. Sistem redüktörünün görüntüsü ............................................................................ 31
Şekil 29. Hız kontrol sürücüsü görüntüsü ............................................................................ 32
Şekil 30. Enda ETC742 PID ................................................................................................ 32
Şekil 31. Termoeleman görüntüsü ....................................................................................... 35
Şekil 32. Kontrol paneli görüntüsü ...................................................................................... 36
Şekil 33. 1.kalıptan elde edilen kaliteli ürün ........................................................................ 39
Şekil 34. 1.kalıptan elde edilen kötü ürün ............................................................................ 40
Şekil 35. 2.kalıptan elde edilen kaliteli ürün ........................................................................ 41
Şekil 36. 2.kalıptan elde edilen kötü ürün ............................................................................ 41
VII
TABLOLAR DİZİNİ
Sayfa No
Tablo 1. Redüktör teknik özellikleri …………………………………………………..…...30
Tablo 2. Sıcaklık kontrolcüsü teknik özellikleri ………………………………..……....….33
Tablo 3. Deney sonuçları ………………………………………………….…….…….…...37
1
1.GENEL BİLGİLER
Plastikler 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren tüm dünyada kullanıma sunulmuş ve
günümüze kadar olan süreçte kullanım miktarı hızla katlanarak yaygınlaşmıştır. Geçen
yüzyılın son çeyreğinden başlamak üzere, alt yapı üst yapı projelerinde plastik borular
kullanılmaya başlanmıştır. Kullanım, montaj avantajları; üretim kolaylığı, geri dönüşüm gibi
faktörler göz önüne alındığında, termoplastik malzemeden imal edilen boru üretimi hızla
artmış ve yüzyılımızda her alandan gelen büyük taleple karşılaşılmaktadır.
Günümüzde üretilmekte olan plastiklerin yaklaşık %65’inin işlenmesinde ekstrüzyon
veya ekstrüzyona bağlı bir yöntem kullanıldığı düşünüldüğünde, işlemin geniş bir alanı
kapsadığı aşikârdır. Bununla birlikte süreç, boru üretimi ve hatta yüksek yoğunluklu polietilen
boru üretimine indirgendiğinde ekstruder çeşitlerinin ve işleminde sınırlanması söz
konusudur.
1.1.Ekstrüzyon ve Sistemi Tanıtımı
Ekstrüzyon; Sıvı veya hamur halindeki bir maddeyi ince bir delikten uygun bir ortama
iterek tel veya iplik haline sokma işlemidir [1].
1.1.1.Ekstrüzyon Makinası
Plastik ürünlerin aynı kesitte, hassas ölçülerde ve istenilen uzunlukta, devamlı
(kesiksiz)olarak elde edilmesini sağlayan makinelere ekstrüzyon makineleri denir. Bu
makineler bazen kısaca ekstrüderler olarak da adlandırılmaktadır. Bu makinelerde üretilen
ürünlere plastik boru ve profil örnek olarak verilebilir [2].
Şekil 1. Ekstrüder Sistemi
2
1.1.2.Tek Vidalı Ekstrüderlerin Genel Özellikleri
Plastiklerin prosesin de en yaygın olarak kullanılan metotlardan birisi olan ekstrüzyon
işlemi silindir içindeki bir vidanın kullanılmasıyla olmaktadır. Plastik genellikle toz veya
tanecik formunda vidaya bir huniden beslenir. Vida ve kovan, plastik malzemenin iletilmesi,
eritilmesi ve basınç oluşturulmasında etkin olan birimlerdir. Dişli sistemi vidayı kontrollü
hızda döndürür. Kovan, sıcaklık kontrolörlerine bağlı olan ısıtma ve soğutma ekipmanları ile
donatılmıştır. Ekstrüdere, ergiyik halindeki harman, sürekli olarak beslenme hunisinden
aktarılarak beslenir. Önce ısıtıcı silindire gelen karışım, vida ile itilir, çıkışa doğru ilerledikçe
de ısınıp yumuşar. Isıtma işlemi, silindir çeperinde bulunan elektrikli ısıtıcılarla veya
indüksiyonla dışarıdan yapılabildiği gibi iç sürtünme kaynaklı da olabilir. Sürtünme
ısılarından sistemde önemli ölçüde yararlanılır. Ergitme iki ısı kaynağı ile kontrol edilir. İlki
genellikle kovan ısıtıcıları (mika ve seramik rezistanslar) ile dışarıdan uygulanan ısıdır. İkinci
ısı kaynağı ise kayma veya viskoz ısıtma olarak adlandırılır. Isıtma vidanın dönme hızının
değiştirilmesiyle kontrol edilebilir. En uygun dönme hızının seçilmesinin önemi büyüktür.
Düşük bir hızda ergiyik, kovan ve vida ile daha uzun bir süre temasta kalır. Düşük hızda
kayma azalacağından dağılıcı ısı miktarı azalır ve bu birleşimin film özellikleri güçlenir.
Optimum vida tasarımı için deneme yanılma metodu ile bilgisayar ile modelleme metodunun
beraber kullanılması gerekmektedir. Ekstrüder vidasına bakıldığında basit olarak üç farklı
kısma ayrılır[5].
1.1.3.Çift Vidalı Ekstruderlerin Genel Özellikleri
Bu makineler tek vidalı ekstrüderler ile kıyaslandığında yüksek verim, etkin karıştırma
ve ısı üretimi gibi konularda daha geniş olanaklara sahip olunduğu söylenebilir. Çift vidalı
ekstrüderler terimi çok genel olarak iki vidalı her ekstrüder için kullanılsa da gerçekte çift
vidalı bir makine tipi bulunmaktadır. Şekil 1.2’de karşı dönüşlü ve aynı dönüşlü vidalı
ekstrüderlerden bazılarının vidalarının birbirine göre durumları gösterilmiştir.
3
a. Karşı Dönüşlü b. Aynı Dönüşlü c. Karşı Dönüşlü d. Aynı Dönüşlü
(Geçmeli) (Geçmeli) (Geçmesiz) (Geçmesiz)
Şekil 2. Değişik çift vidalı ekstruder tipleri (Fisher E.G., 1976, Extrusion of plastics)
Bunun yanında vidalar birleşmiş veya birleştirilmemiş olarak da düzenlenebilir.
Birleşmemiş vidalar ile oluşturulan yapıda, vida taşıyıcı yüzeyleri arasında malzeme geçişine
imkân sağlayacak belli değerde bir boşluk bulunur.
Şekil 3. Çift vidalı ekstrüder konum tipleri (Fisher E.G., 1976, Extrusion of plastics)
Bir karşı dönüşlü, çift vida ekstrüderde malzemeye uygulanan kayma gerilmesi ve
basınç değerine yakın bir mekanizmayla gerçekleştirilir ve malzeme etkin bir şekilde karşı
dönüşlü vidalar arasında sıkıştırılır. Aynı dönüşlü sistemde malzeme aşağıdaki şekilde
görülen formu oluşturacak şekilde bir vidadan ötekine aktarılarak iletilir.
Şekil 4. Modüler çift vidalı ekstruder [Mikrosan Makine]
4
Bu tip sıralama, özellikle ısıl hassasiyete sahip malzemelere, malzeme ekstruderden
hızlıca ve düşük sıkışma olasılığı ile iletilebildiği için uygulanan ideal bir düzenlemedir.
Vidalar birleşmiş ise, vidaların çevresindeki hareket yavaştır ama itici hareket daha
büyüktür[5].
1.1.4.Tek ve Çift Vidalı Ekstruderlerin Karşılaştırılması
Tek ve çift vidalı ekstruderler arasındaki en önemli farklardan birisi tek vidalılarda
ısının büyük bir kısmının vidayı tahrik eden motor ile sağlanması ve buna karşılık çok
vidalılarda dış ısıtıcıların kullanımına ihtiyaç duyulmasıdır. Karşılaştırılabilir verimlerdeki tek
vidalı bir ekstrüdere göre, çok vidalı bir ekstrüderin maliyeti konstrüksiyonunun
karmaşıklığından ötürü daha yüksektir. Ayrıca çok vidalı ekstruderlerde karşılaşılan
yataklama ve tahrik güçlerinin yanı sıra kovanın adaptör bölgesinin geometrik yapısının akımı
düzgünleştirmek üzere düzenlenmesi de önemli bir sınırlamadır. Genel olarak çift vidalı
ekstrüderler bu sınırlamaların önemsiz olduğu veya ekstra maliyete karşılık işlem
avantajlarının kayda değer olduğu durumlarda tercih edilir. Çift vidalı ekstrüderler, tek vidalı
ekstrüderler ile işlenmesi zor malzemeleri, daha toleranslı ekstrüzyon koşullarında başarıyla
işlemeye fırsat tanır. İki tip ekstrüderde kullanılan basınç mekanizmaları farklı olduğundan,
çift vidalı ekstrüderler, sistemde geri basınç oluşumunda kullanılan matris kısılmasına daha da
az bağımlıdır. Dolayısıyla bu tip ekstrüderler özellikle işlenmesi zor malzemelerden kaim
kesitlerin ekstrüzyonu için tek vidalı ekstrüderlere göre daha uygundur [5].
1.2.Ekstrüzyon Sisteminin Ana Elemanları
1.2.1. Huni
Huni, ekstrüderde işlenecek malzemenin düzenli olarak beslenmesini sağlar. Bütün
malzemeler serbestçe akma eğiliminde değildir, bu nedenle huni genellikle bir konveyör veya
karıştırıcı ile donatılırlar.
5
1.2.2. Vida (Burgu veya Helezon)
Vida plastiğin beslenmesi, taşınması, ergitilmesi ve homojenleştirilmesi dâhil birçok
işlevi yerine getirir. Bu bakımdan ekstrüderin kalbidir. Çok değişik tipte vida mevcuttur. En
çok kullanılan, üç bölgeli vida olup termoplastiklerin çoğunu ısıl ve ekonomik açıdan tatmin
edici bir şekilde işler. Bu bölgeler besleme, sıkıştırma ve ölçme bölgeleri olarak adlandırılır.
• Vidaların Önemi ve Geometrisi
Şekil 5. Ekstrüder Vidası
Ekstrüderin en önemli parçası vidadır. Ekstrüde edilecek malzeme miktarı, kalitesi ile
ilgili olarak dizayn ve imal edilen vidaların üretiminde, büyük gayret sarf edilir. Spiral biçimli
bir derinleştirme işlemi (diş açma işlemi vb.) silindir şeklindeki metal bir malzemeye,
plastiğin ileri itilmesini sağlayacak bir biçim verilmesi olarak tanımlanır. Plastikler ekstrüdere
besleme hunisi üzerinden granül veya toz hâlinde verilir. Hammadde vidanın dişleri arasında
çevirme hareketi sonunda silindirin sonuna doğru ilerler. Bu iş vida yüzeyi ile granül ve
silindir yüzeyi arasında belli bir sürtünme oranı olursa başarılabilir. Silindir iç yüzeyinin ve
vida dış yüzeyinin sürtünme kat sayıları çok küçük olmalıdır. Aksi hâlde hammaddenin
taşınma işlemi yapılamaz. Hammadde topaklaşır, vida boşa dönmeye başlar. Sürtünme
katsayısı iki değişik maddenin yüzeylerinin birbirine teması sonucu yüzeyde oluşan kuvvettir.
Vida plastiğin beslenmesi, taşınması ergitilmesi ve homojenleştirilmesi dâhil birçok işlevi
yerine getirir. Bu bakımdan ekstrüderin kalbidir. En çok kullanılan vida, üç bölgeli olup
termoplastiklerin çoğunu ısıl ve ekonomik açıdan tatmin edici bir şekilde işler. Vidayı,
besleme-sıkıştırma-ölçme bölgeleri oluşturur. Besleme bölgesinde katı madde içeri sürülür ve
ileri doğru zorlanır. Sıkıştırma bölgesinde vidanın akış derinliği azaltılarak malzeme
6
sıkıştırılır ve ergitilir. Ölçme bölgesinde ergitilmiş malzeme homojen hâle ve istenilen işleme
sıcaklığına getirilir.
Ekstrüderlerde, vida çap ve uzunluğu genellikle(L/D) olarak ifade edilir. Termoplastiklerde
bu oran 15/1 ile 20/1’dir. (Bazı modern sistemlerde ise yüksek sıcaklıklarda eriyen polimerler
için kullanılan 20/1–36/1 değerleri de bulunmaktadır). Kalıplama basıncı artırılmak istenir ve
daha iyi bir karışım hazırlanması düşünülür ise (aynı veya ters yönlerde dönen) iki veya fazla
sayıda vida kullanılabilmektedir. Özellikle toz hâlindeki polimerler için çok vidalı
ekstrüderler kullanılmaktadır. Sıkıştırma bölgesinde basınç, vida diş derinliklerinin giderek
küçültülmesi ile sağlanır. Böylece eriyikte kalan hava, basınç altında sıkıştırma ile çıkartılır.
Bu şekilde ısı transferinin artması sağlanır. Ekstrüderde vida sıkıştırma oranı besleme
bölgesindeki hacmin ergitilme ölçme bölgesindeki hacme oranı olarak tarif edilir (2/1 ve 4/1
oranları sıklıkla kullanılır.). Ekstrüder vidasındaki bölgeler birbirine eşit değildir. İşlenecek
polimer türüne bağlı olarak değişebilmektedir. Örneğin, nylon (naylon) gibi çabuk eriyenlerde
sıkıştırma bölgesi kısa iken PVC’de sıkıştırma bölgesi tüm vida boyunca uzanacak ölçülerde
ve çok uzundur.
Şekil 6. Ekstrüder Vidası Çeşitleri
• Besleme Bölgesi
Bu bölgenin amacı besleme hunisinden soğuk malzemenin alınıp ısıtılması ve
sıkıştırma bölgesinin beslenmesidir. Besleme bölgesi kesiti formunun diğer bölgeler gibi en
iyi forma sahip olması önemli değildir. Vidanın besleme bölgesinin debiyi kontrol ettiği kabul
edildiği gibi, besleme bölgesinin ölçme bölgesini dolu tutacak yeterlikte malzeme taşıma
kapasitesine sahip olması da önemlidir. Diğer taraftan, besleme bölgesinden ölçme bölgesine
yollanan malzemenin çok fazla olmamasını sağlamakta aynı önemdedir. Dengeden ayrılış
7
dalgalanma ve itmelere yol açacaktır, bu sebeple besleme malzemesinin hacim faktörüne
uygun sıkıştırma oranının seçilmesinde uygulamaya dikkat edilmesi gerekir. Sıkıştırma oranı
genellikle 1,5: 1 ve 4: 1 arasında değişmektedir.
• Sıkıştırma bölgesi
Sıkıştırma veya hal değiştirme bölgesi besleme bölgesini takip eder ve vida dişi
yüksekliğinin azar azar küçülmesiyle ölçme kesitine kadar malzemeyi ulaştırırlar. Sıkıştırma
bölgesi, katı bölgeden viskoz bölgelere malzeme geçişinde hacim değişimi ve ergime oranının
ayarlanması için gerekli şekilde tasarlanmalıdır. İlk olarak tutulan havanın tekrar besleme
bölgesine geri itilmesi ve ikinci olarak sıkıştırılan malzemenin termal iletkenliğini
iyileştirmek için sıkıştırmanın doğru miktarda yapılması amaçlanmıştır. Bunun dışında
sıkıştırma bölgesinden geçişi boyunca malzeme yeterli viskoz hale gelir ve kütle doğru
üniform şekilde ısıtılır ve karıştırılır. Böylece malzeme sıkıştırma bölgesinden geçerek,
homojen bir şekilde ergiyik hale dönüşür ve ergimemiş parçacıklardan yoksun bir şekilde
daha sonraki bölgelere geçer.
• Ölçme bölgesi
Bu bölgede vidanın diş yüksekliği tekrardan sabittir fakat besleme bölgesindeki diş
yüksekliğinden çok daha azdır. Ölçme bölgesi, vidanın son kısmıdır ve ergimiş plastik
malzemeyi sabit hacim ve basınçta kalıp sistemine iletir. Ölçme bölgesinde ergiyik malzeme
matrise, sabit debi, üniform sıcaklıkta malzeme ve basınç altında homojenleştirilir. Şekil 1.8
de uzun bir vidanın basınç diyagramı bulunmaktadır. Özel bir vidada bölgelerin uzunlukları
ekstrüde edilen malzemeye bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca ölçme bölgesi iki kısma
ayrılarak vidanın tam ergimeyi ve homojenliği sağlayacak yivli bir karıştırma bölgesi içererek
bir avantaj sağlayacaktır. Kısa geçiş bölgesine sahip bir vidada, geçiş bölgesinde çok şiddetli
bir kayma artışı oluşur ve bu vida tipi bu nedenle rijit PVC ve benzeri yerel aşırı ısınma riski
yüksek malzemelerde uygun olmayacaktır [5].
8
Şekil 7. Ekstrüder Vidasında tipik bölgeler (Turaçlı H., Ekstrüzyon teknolojisine giriş)
1.2.3. Silindir (Kovan-Ocak)
Silindir vidanın yaltaklandığı, rezistansları üzerinde taşıyan makine elemanıdır. Bu
kısım kovan veya ocak olarak da adlandırılmaktadır. Ekstruderlerin silindir tasarımına göre
farklı tipleri vardır [3].
1.2.4.Ekstrüzyon Kovan Tipleri ve Çalışma Prensipleri
Ekstrüzyonda kullanılan kovanlar enjeksiyon kovanlarından farklıdır. Enjeksiyon
kovanlarında proses sırasında oluşan yüksek basınca karşı dayanıklılık ve kararlılık aranırken,
ekstrüzyonda ise farklı malzemelerin beslenmesi ve aşırıcılığına karşı bir takım önlemler ön
plana çıkmaktadır. Beslenen hammaddenin özelliklerine uygun bir besleme bölgesine sahip
olmayan kovan iyi bir besleme yapamayacağı için asla sağlıklı şekilde çalışamaz, kaliteli ürün
veremez.
Ekstruder kovanların proses ihtiyaçlarına göre farklı besleme dizaynlarına sahiptir.
Bu dizaynlar şöyle sıralanabilir;
• Kanalsız besleme
Standart beslenmesinde herhangi bir problemle karşılaşılmayan plastikler için yivsiz
beslemeler kullanılır. Eğer zor beslenen ya da yüksek kapasite beklenen bir sistem değil ise
kanalsız besleme maliyet açısından avantajlıdır. Kanalsız beslemede soğutma, klasik veya
spiral ile sağlanabilmektedir
9
• Kanallı besleme
Özellikle zor beslenen cinsten, yüksek moleküller ağırlıklı ve lineer poliolefinler veya kırma,
hursa halindeki mamullerin beslenebilmesi için kovanın hammadde giriş bölgesinde farklı
derinliklerde konik kanallara sahip, cebri besleme yapmaya olanak sağlayan ve iç yüzeye
yakın spiral soğutma kanallarının olduğu yivli cebri besleme sistemli kovanlı kullanmak
gerekir.
• Sığ kanallı besleme
Sığ kanallı beslemede spiral kanallı soğutma sistemi kullanımı şartı yoktur. Çünkü beslemede
sıcaklık artışı çok yüksek değildir. Beslemede klasik soğutma kanalları kullanılmaktadır.
• Derin kanallı besleme
Hard Groove besleme, yüksek kapasite elde edebilmek ve yüksek molekül ağırlıklı
hammaddelerin düzgün beslenebilmesiiçin kullanılan bir besleme tipidir. Derin yivlere sahip
besleme bölgesi nedeniyle bu bölgede sürtünme ve kanal hacimleri maksimum derecede artar.
Artan kapasite ve sürtünme sebebi ile hard groove beslemede sıcaklık 350 dereceye kadar
çıkabilir. Bu durumda klasik soğutma sistemi besleme bölgesindeki ısıyı uzaklaştırmaya
yetmez. Bu sebeple besleme bölgesinde spiral kanallı soğutma sistemi kullanmak zorunludur.
Spiral kanallı soğutma sistemi kullanılmadığı takdirde hammadde, besleme kanallarında
eriyerek sistemi tıkar. Besleme bölgesindeki sıcaklık etkin bir soğutma ile uzaklaştırılarak
bunun önüne geçilmesi gerekir. Bu ise spiral kanallı soğutma ile sağlanır [4].
1.2.5. Soğutma ve Vakumlama Ünitesi
Soğutma ve vakumlama ünitesi, bir vakum pompası ve bir soğutma pompası yardımı
ile ürünün soğutma ve vakumlamasının yapıldığı kısımdır.
1.2.6. Çekici
Makinede işlenip kalıp ve kalibreden geçen ürünü çekerek kesime hazırlayan
sistemdir. Ürün genellikle bir palet sistemi yardımı ile çekilir [3].
10
Şekil 8. Ekstrüzyon Sisteminin Şematik Gösterimi [Turaçlı H., Ekstrüzyon
Teknolojisine giriş]
1.2.7. Kalıp
Plastik boru ve benzeri içi boş parçaların üretilmesinde ekstrüzyon boru kalıpları
kullanılır. Kalıbın ana parçalarından biri olan ve kalıbın dış kısmını oluşturan kalıp gövdesi,
kalıbın diğer parçalarını da üzerinde taşır. Kalıbın ana parçası içerisine konumlandırılmış
kalıp maça, kalıp flanşı bulunmaktadır.
1.2.8.Redüktör
Bir mekanizma tarafından döndürülen şaftın devrini küçültmek veya büyütmek için
kullanılan dişli tertibatı. Dişli kutusu adı da verilen redüktör, devri sabit elektrik motoru,
benzinli motor, dizel motoru gibi sürücülerden değişik devirlerde dönme hareketi elde etmek
üzere motor çıkış şaftına bağlanır. Redüktör için en yaygın örnek otomobil vites kutusudur.
Yokuşta ve otomobil yüklü iken motorun zorlanmadan iş yapmasını sağlamak için motor
devri redüksiyon dişlileriyle en alt seviyeye düşürülür. Redüktör giriş şaftı ile çıkış şaftı
gücün devirle ilişkisi, dişli çarklarda bulunan diş sayısı, çarkların çapı ve redüktör mekanik
düzenlemesine bağlı olarak değişir.
Çıkış devir sayısı yüksek redüktörler de vardır. Dişçi koltuklarında diş oymak maksadı
ile kullanılan dişli kayışlı redüktörler, elektrik motor devrini 10-15 kat arttırabilirler.
Redüktörler, hız ve iletecekleri güçlere göre çeşitlilik arz ederler. Hız değiştirme
miktarı 7:1 oranını geçmeyen durumlarda redüktör olarak kayış kasnak donanımı kullanılır.
Hız değiştirme miktarı 10:1 oranını geçmediği durumlarda dişli zincir donanımı kullanılır.
11
Daha büyük oranlar için tamamen dişli donanımlı redüktörler kullanılır. Dişli redüktör tipleri
arasında: Pinyon ve dişli donanımı; pinyon ve iç dişli donanımı; pinyon ve planet
mekanizmalı dişli donanımı; helisel çok dişli donanımı; sonsuz dişli ve dişli donanımı; özel
hipoid ve spiral pinyon ve dişli donanımı sayılabilir. Bunlardan pinyon ve planet dişli
donanımında düşürme oranında 10.000'e kadar ulaşılabilir [6].
1.2.9.Hız Kontrol Sürücüsü
Hızla gelişen, otomatik kontrol sistemleri, güç elektroniği ve otomasyon
teknolojisinde elektrik motorlarının önemi çok büyüktür. Elektrik motorları bize mekanik güç
sunar ve bu mekanik hareketin istenilen seviyede kontrol edilmesi gerekir. Elektrik motorların
hız kontrolü, makinenin devir sayısının kontrolü ile yapılır. Bu işlemin maksimum verimle
istenilen ölçüde gerçekleştirilmesi gerekir.
Endüstride elektrik motorlarının hemen hemen büyük bir bölümü AC sürücüler ile
kontrol edilmektedir. Sanayide sürücü sistemlerinin kullanılmasıyla enerji tasarrufu yapılır,
üretim kalitesi artar ve elektrik motorların daha verimli bir şekilde çalışması sağlanır. Bu
sürücüler daha da geliştirilerek hız kontrol cihazı teknolojisi geliştirilmiş ve bu işlev daha
kompakt bir hale getirilmiştir.
1.2.10.Rezistans ve Isıtıcılar
Rezistans, elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren direnç tellerine verilen genel
isimdir. Rezistans oldukça yüksek ısılara karşı direnç gösteren bir üründür. Rezistansların
içerisinde nikel, demir, krom ve alüminyum alaşımları bulunmaktadır. Rezistans, başta ısınma
teknolojisi olmak üzere ağır sanayi, tekstil, elektrikli ev aletleri, termostatlar gibi alanlarda
oldukça önemli bir yere sahiptir. Kullanılan malzemeye ve kullanım alanına göre çeşitlere
ayrılan rezistanslar, gelişen teknoloji ile birlikte farklı alanlarda kullanılmaya başlanmıştır.
Örneğin aynalara ısı verilmesiyle beraber rezistanslı aynalarda buharlaşma gibi bir sorun
yaşanmamaktadır.Rezistans teli elektrik akımına karşı direnç göstermektedir. Elektrik
konusunda direnç, iki uç arasına gerilim uygulanan bir maddenin elektrik akımına karşı
gösterdiği direnme gücüne verilen isimdir. Direnç R veya r harfleriyle gösterilmektedir.
Rezistanslar kendi içerisinde, boru rezistans, fişek rezistans, çember rezistans,
serpantin rezistans, otoklav rezistans gibi gruplara ayrılmaktadır. Fanlı sobalar başta olmak
12
üzere panolarda, fritöz gibi ev aletlerinde, termometrelerde, çamaşır makinelerinde, cam
ısıtıcılarında, bazı plakalarda ve daha birçok alanda kullanılmaktadır [7].
1.3.Ekstrüzyon Üretim Ayarları
1.3.1.Ekstrüzyonla Üretimde Sıcaklık Basınç ve Vidaya Etkisi
Ekstrüzyon yöntemi ile plastikler yüksek sıcaklık ve basınca maruz kaldıklarında
üretim esnasında parametrelerdeki değişikliklerin üretime yansıması olmaktadır. Ekstrüderde
her zaman aynı tipte üretim yapılıyorsa ekstrüder bölgelerini önceden belirlenen sabit set
sıcaklıklarında tutmak önemlidir. Fakat bu durum dâhili ve harici etkiler nedeniyle pek
sağlanamaz. Yüksek hız, bir kapının ya da pencerenin açılması, çevre sıcaklığı vb. etkenler set
edilen sıcaklık değerlerinin değişmesine neden olabilmektedir. Kontrol cihazı, ekstrüder
içindeki plastik eriyik, daha önceden manuel olarak ayarlanan erime sıcaklığına geldiği zaman
hızlı bir şekilde ısıtıcının enerjisini keser. Eğer sıcaklık ayarlanan noktanın altına düşerse
kontrol cihazı ısıtmayı devreye alır. Burada bir "on- off " kontrol söz konusudur. Ekstrüder
silindirinde basıncın sağlanması, erimiş plastiğin homojenizasyonu için gereklidir. Ekstrüder
silindiri içindeki maksimum basıncın ve ekstrüder vidası boyunca basınç dağılımının ne
olacağı değişik etkenlerden dolayı önceden belirlenemez. Bu durum, esas olarak vida
geometrisine, vida hızına, plastiğin viskozitesine ve plastik içine katılan katkı maddelerine
bağlıdır. Ekstrüder çıkış tarafındaki, direnç çok büyükse silindirdeki maksimum basınç,
besleme ağzına doğru yer değiştirebilir ki bu durum plastik beslemesini azaltabilir. Bu gibi
faktörlere dikkat ederek vida basınç değerleri uygun olarak ayarlanmalıdır.
1.3.2.Ekstrüzyon Makinesinin İlk Ayarı ve Çalıştırılması
Ekstrüzyon makinelerini çalıştırmadan önce makinenin kondisyon kartlarına bakılarak
set değerlerine ve hammadde tipine göre çalışmak gerekir. Buna göre ayrıntılı bilgi aşağıda
verilmiştir;
13
1.3.3.Ham Madde Miktarının Ayarlanması
Ekstrüzyon yöntemi ile üretimde makine üzerinde set edilmesi gerekli parametrelerden
biri, birim zamanda kalıptan çıkan hammadde miktarıdır. Ham madde miktarı değişik etkenler
göz önüne alınarak belirlenir. Bu etkenler ürün boyutları, ürün soğuma hızı, malzeme
özellikleri gibi faktörlerdir. Ürün boyutu arttıkça kalıptan birim zamanda akması gereken ham
madde miktarı da artacaktır. Birim zamanda ekstrüderden çıkan ham madde miktarına etki
eden bir diğer faktörde üretimde kullanılan ham maddenin özelliğidir. Elastikiyeti düşük olan
bir plastik malzeme, düşük bir akma miktarı ile kalıptan çıkarsa çekicinin hızına yenilerek
kopabilir. Bu durumda çekicinin hızını düşürerek kopmayı engellemek mümkündür ancak bu,
verimi azaltacağından pek tercih edilmemeli, kalıptan çıkacak ürün miktarı arttırılmalıdır.
Kalıptan çıkan ürün miktarının gereğinden çok arttırılması da sorun yaratacaktır. Çünkü çıkış
miktarı gereğinden fazla arttırılan plastik malzeme kalıp çıkışında zorlanacak ve makineyi
zorlayabilecektir. Aynı zamanda gereğinden fazla çıkan ham madde yeterince
soğutulamayacağı ve vakumlanamayacağı için üründe şekil bozuklukları meydana
gelebilecektir. Malzemenin kalıptan çıkma miktarına etki eden faktörlerden biri de plastik
malzemenin üzerinde hareket ettiği kalıp ve kalibre yüzeyleridir. Hassas işlenmemiş vedoğru
seçilmiş malzemelerden imal edilmemiş kalıp elemanları plastiğin akma miktarını düşürür ve
verimi olumsuz olarak etkiler. Ham madde miktarı kalıp üreticileri tarafından kalıbın
kapasitesi dikkate alınarak genel olarak üreticiye bildirilir. Bu miktar makinede çalışanlar
tarafından malzemenin kalıptan çıkışını zorlamayacak şekilde en verimli değere yukarıda
belirtilen faktörler göz önüne alınarak bir miktar arttırılıp eksiltilerek deneme yanılma
yöntemi ile ayarlanır. Kalıptan birim zamanda akan ham madde miktarı huninin çıkışında yer
alan dozajlama mekanizması yardımıyla istenilen miktarda ham maddenin dönmekte olan
vidaya aktarılması ile gerçekleştirilir. Dozaj arttırıldıkça vidaya gelen ham madde miktarı da
artacaktır. Set edilen tüm değerler makine klavyesinden yeni değerler girilerek değiştirilebilir.
1.3.4.Sıcaklık Ayarlarının Yapılması
Makine üzerinde set edilmesi gereken bir diğer parametre ham maddenin işleneceği
sıcaklık değerleridir. Bu değeri etkileyen en önemli etken kullanılan ham maddenin çeşididir.
Bildiğiniz gibi değişik plastik malzemeler değişik işleme sıcaklık değerlerine sahiptir. Set
edilecek sıcaklık değerlerinin malzemenin işleme sıcaklık değerine uygun olması gerekir.
14
İstenilen değerin üstünde veya altında ayarlanan bir sıcaklık değeri ham maddenin yanmasına
veya yeterince ergimemesine neden olur.
Şekil 9. Ekstrüder sıcaklık ayar ekranı
Makine üzerinde sıcaklık ayarı, vidanın belli bölgelerine ve kalıbın üzerine
yerleştirilmiş ısıtıcılar ile gerçekleştirilir. Vida üzerinde, vidalar konusunda da belirtildiği gibi
besleme, sıkıştırma ve ölçme olmak üzere üç bölge bulunur. Bu üç bölge üzerinde gerekli
ısıyı sağlamak için ısıtıcılar yerleştirilmiştir. Yukarıdaki resimde (Şekil 9) bir ekstrüzyon
makinesinde sıcaklık bölgeleri ve set edilen sıcaklık değerleri görülmektedir. E1 vida besleme
bölgesi sıcaklığını, E2 vida sıkıştırma bölgesi sıcaklığını, E3 ise ölçme bölgesi sıcaklığını
göstermektedir. A1 ile verilen sıcaklık ise kalıbın bağlandığı makine adaptörünün üzerinde
yer alan ısıtıcının sıcaklığını ifade etmektedir. Bunun dışında kalıp üzerinde de makine
üzerinden set edilebilen ısıtıcılar bulunmaktadır ve bu ısıtıcılarla kalıbın ısıtılması
gerçekleştirilmektedir. Şekil 9’da bir ekstrüzyon makinesi ekranında ilk satırda verilen
sıcaklıklar set edilen sıcaklıkları, ikinci satırda verilen sıcaklıklar ise o andaki mevcut sıcaklık
değerini göstermektedir.
15
1.3.5.Basınç (Vida Dönüş Hız) Ayarlarının Yapılması
Ekstrüzyon ile üretimde ayarları yapılması gerekli bir diğer parametre basınç
değeridir. Ekstrüderde basınç, vida dönme hızına ve ham madde özelliğine bağlıdır. Akıcılığı
az olan plastik malzeme kalıptan çıkmakta zorlanabilir hatta oluşan aşırı basınç ham
maddenin çıkış istikametinin tersi yönünde hareket kazanarak ham maddeyi besleme
bölgesine doğru hareket ettirebilir. Bunun yanı sıra ham madde içerisinde de plastik asyonu
sağlamak için bir basınç oluşması gereklidir. Ekstrüzyon sisteminde basınç artışı vida dönme
hızının arttırılması ile gerçekleşir. Dönme hızı artan vida malzemenin kalıp içerisindeki
basıncını arttırır. Dönme hızı şekil 10’da ekran görüntüsü verilen ekstrüzyon makinesinde
SYN-TOT miktarı arttırılıp eksiltilerek gerçekleştirilir.
Şekil 10.Ekstrüder hız ayar ekranı
1.4.Ekstrüder Çekim ve Kesim Ayarları
1.4.1.Ekstruder Çekici Sistemleri
Temas yüzeyleri boy ve genişlik olarak profil çeşitlerine göre değişen caterpillar
çekicide, invertör kontrolü bulunmaktadır. Bu sayede ekstruderin mal çıkış oranına göre hız
ayarlanabildiği gibi hız kontrol cihazları aracılığı ile hassas metraj ayarı yapılabilmektedir.
16
Profil testeresi, kesilecek profil çeşidi göz önünde bulundurularak hızlı çalışma ortamında,
kesim işlemi sıklığı açısından yüksek verimle çalışır.
Şekil 11. Bantlı ve paletli tip çekiciler
Ürüne uygun bantlı ve paletli çekici seçeneği manuel sıkıştırma veya pnömatik sıkıştırma
alternatifi bulunmaktadır. Kardan milli aktarma sistemi sayesinde titreşimsiz ve düzgün imalat
yapılır. Basınç ayarlı üst sıkıştırma çenesi sayesinde ezilme ve kırılma olmadan hatasız
imalat, tam kapalı güvenlik kafesi ve güvenlik ön camı sayesinde tam operatör güvenliği
bulunması gerekmektedir. Encoder ikazlı elektronik boy kesme sistemi yumuşak lastik çekici
paletleri çalışma ortamında, kesim işlemi sıklığı açısından yüksek verimle çalışır.
Şekil 12. Palet çeşitleri
İki çeşit çekme padleri üretilir. Profil şekline göre üretilmiş padler veya temel tabaka
/şekillendirilmiş padlerdir. Padler, üretilen sert PVC profilin zedelenmemesini sağlar.
Kauçukla yapılan bloklarda temas yüzeyinin parlak olması ve sürtünme katsayısında ki
azalmayla çekişi azaltır. Bu problemleri önlemek için PUR – bileşiği üretilmiştir. Bu PUR ile
yüksek aşınma ve kesilme mukavemeti ile çekme mukavemeti sağlanır. Özel üretilen padlerin
alt tabakaları alüminyumdan yapılmıştır. Bu alüminyum alt tabakalar yuvalarına kolay montaj
17
edilir. vb PVC kapı ve pencere, PVC ve kauçuk boru üretim yapan firmaların ekstrüzyon
makinelerinde çekici aparatları olarak kullanılır. PUR (özel karışım poliüretan) olması
sebebiyle çekilen malzemenin üzerinde iz bırakmaz. Ekstürüzyon padleri müşterilerin özel
ihtiyaçlarına (tutuş gücü, profil özelliği, aşınma dayanımı vb.) göre de üretilir.
1.4.2. Çekiş Ayarlarının Yapılması
Ekstrüderden çıkan ürün bir çekiş ünitesi yardımı ile sürekli olarak çekilir. Çekiş
ünitesi genellikle bir palet sisteminden oluşur. Hareket ederek dönen paletler arasında
sıkıştırılan ürün paletin hareketi ile sürekli olarak çekilir. Çekiş hızının fazla olması birim
zamanda elde edilen ürünün de fazla olması anlamına da gelir. Bu yüzden çekiş hızı istenilen
ürünü elde edebilecek en hızlı değere ayarlanmalıdır. Ancak bununla beraber çekiş hızının
gereğinden fazla olmasının da birtakım dezavantajları bulunmaktadır. Ürünün gereğinden
hızlı çekilmesi gerilen plastiğin kopmasına neden olabilir. Aynı zamanda gerilen ürün
kopmasa bile çekişin yarattığı gerilme ile istenilen boyut değerlerini yitirebilir. Bu
sebeplerden dolayı çekiş hızı ayarlanırken dikkatli davranılmalıdır. Çekiş hızının ilk ayarında,
kaba olarak ilk değer kalıp üreticisinden alınan kalıptan birim zamanda kg cinsinden verime
uygun bir değer seçilmeli daha sonra üründen alınan performansa göre bu değer arttırılıp
azaltılmalıdır.
Şekil 13. Ekstrüder çekici ünitesi
1.4.3.Ekstrüder Kesim Sistemleri
Plastik profil ekstrüzyon makinelerinde makinenin ünitesi içinde yer alan kesme
ünitesi zaman içerisinde teknolojik olarak gelişme göstermiştir. Özellikle PVC, PP, profil
lambiri vb. ürünlerin üretiminde çeşitli boylardaki kesimlerde kesici sisteminin önemi
büyüktür. Üretimde sırasıyla kalıp, kalibre çekici istemlerinden sonra kesim ünitesinde
encoder hareketi ile ya da “switch”in dokunması suretiyle kesim yapılmaktadır. Son yıllarda
sıcak kesim yöntemi de kullanılmaktadır. Kesim ünitesi çalışmasını şu şekilde açıklayabiliriz:
18
Ekstrüzyon sisteminin mantığı sürekli üretimdir. Çekiciden çıkan ürün, kesme ünite bölgesine
ilerler. Burada ürünün uç kısmı ürüne kılavuzluk yapan testerenin hem önünde hem
arkasındabulunan iki saplama arasından geçirilir. Encoderli kesme yönteminde ise sistemin
çalışması, ürünün sürekli üretilmesidir. Ayarladığımız ölçüye gelince testerenin hem giriş
hem de çıkış yönünde bulunan pnömatik tutma lastikleri ürüne yukarıdan aşağıya baskı
yaparak ürünütutar. Aynı anda ise testere yukarıdan aşağıya hareket ederek ürünü keser (bazı
makinelerde testere mekanizması aşağıdan yukarıya doğrudur). Kesme esnasında kesim
ünitesi üzerindeki testere de iki taraflı tekerlekli bir mil üzerinde çekicinin hızı oranında
ilerler. Kesme esnasında encoder sıfırlanır ve ayarlanan ölçüye gelince tekrar kesme işlemi
başlar.
Şekil 14. Giyotin Kesim Cihazı
Switch yöntemi ise ürünün kesim ünitesinden geçtikten sonra “swich”e doğru ilerler.
Bu ilerleme de ürün pnömatik olan “switch”i yukarı doğru kaldırır, bu esnada valfler testereye
sinyal gönderir ve kesme başlar. Bu işlem üretim boyunca tekrar eder. Kesme sistemlerinin
çeşitleri iki çeşit yapılır:
Testere ile kesme: Bu yöntem en bilinen yöntemdir. Testere kesim ünitesindeki mile takılarak
kesmeye hazırlanır. Testerenin uç kısımları elmas uçlu ya da üçgen uçlu olabilir. Çalışması
pnömatik şekilde testere mekanizmasının arkasında bir pistonun yukarı aşağı hareketiyle
çalışır.
19
Sıcak kesme: Bu yöntem son yıllarda tercih edilen sessiz ve temiz bir kesme yöntemidir.
Avantajları üründe kesme esnasında ürün üzerinde çatlama ve çapak yapmamasıdır. Eğer ürün
üzerine lamine kaplama yapılacaksa kaplamanın tam yapışmasına neden olmaktadır. Ayrı da
satılan bu kesme ünitesinin dezavantajı diğerine göre pahalı olmasıdır.
Şekil 15. Otomatik giyotin kesim
1.4.4.Kesim Ayarlarının Yapılması
Ekstrüder kalıbı ve kalibreden geçerek ürün hâline gelen plastik istenen uzunluklarda
kesilmeli ve depolanmalıdır. Kesim işlemi genellikle bir testere makinesi ile yapılmakla
beraber ürün özelliğine göre farklı yöntemler ile de kesim yapılabilmektedir. Kesim ayarı
yaparken dikkat edilecek en önemli nokta kesim uzunluğunun ve kesim sırasında testere
kesim hızının ayarlanmasıdır. Kesim uzunluğunun ayarlanması belli zamana göre kesim
hızının ayarlanması ve bu zaman dolduğunda kesim işleminin başlaması şeklinde olabildiği
gibi istenen uzunluğa erişen plastik ürünün, testereyi harekete geçirecek bir mekanizmaya
temas etmesi ile kesim işleminin başlaması şeklinde de olabilmektedir. Zamana göre yapılan
ayarlamalarda çekiş hızında yapılabilecek en ufak bir değişiklik kesim uzunluğunu da
etkileyeceğinden zamana göre değil, ürünün belli boya ulaşması ile ürünün kendisinin kesim
mekanizmasına temasıyla gerçekleştirilen kesim işlemi genellikle tercih edilmektedir. Kesim
sırasında eğer testere gereğinden hızlı bir şekilde hareket ederek ürünü keserse kesim alanında
20
kırılmalar veya testere sıkışmaları meydana gelebilir. Bu gibi durumlara karşı tedbirli
olunmalıdır.
Kesme sisteminde bulunması gereken özellikler:
• Elektro pnömatik sistem ile ekstruder performansına ayarlanabilme
• Temiz ve düzgün kesim için bütün testere fonksiyonlarının ayarlanabilmesi
• Sıkıştırma basınç ayarı ile hatasız, firesiz kesim işlemi yapabilme
• Encoder vasıtasıyla işlem yapabilen PLC tabanlı elektronik indikatör (gösterge)ölçü
ve sayı değerlerini testereye göndererek hassas ve temiz bir kesme işlemi sağlar.
• Tüm hareketler PLC sistem ile kontrol altına alınmıştır.
1.5.Ekstrüder ve Kalibre Otomasyonu
Ekstrüzyon işleminde kontrol edilmesi gereken çok sayıda değişken bulunduğundan
ve bu değişkenlerin tümünü aynı anda manuel olarak kontrol etmek mümkün olmadığından;
ekstrüder ve buna bağlı diğer cihazlarda otomatik kontrol yöntemleri etkin olarak
kullanılmaktadır. Bir ekstrüzyon sisteminde; sıcaklık, basınç, çekme veya hat hızının kontrol
edilmesi şarttır. Ekstrüder de plastik malzeme sürtünme etkisi ve dışarıdan verilen ısı ile
erimektedir. Verilen ısının malzemeyi eritip eritemeyeceği düzeyde olması sürekli kontrol
altında tutulmalıdır. Yine aynı şekilde ekstrüder matrisinden çıkan ürün belli bir basınç
değerine sahip olmalıdır, bu basıncın az veya fazla olması ürün kalitesini doğrudan
etkileyeceğinden izlenmeli ve ayarlanmalıdır. Bir diğer önemli faktör hat hızıdır. Sürekli
işlem içinde ürün hızının izlenmesi ve ayarlanması da önemli bir işlemdir [5].
Şekil 16. Ekstrüder, kontrol konsolu, matris ve motor
21
1.5.1.Basınç Ölçümü ve Otomasyonu
Ekstrüzyon işleminde, ekstrüder kafasındaki eriyik (melt) malzemenin basıncı daha
önceleri genellikle ölçülmemekteydi. Ancak son zamanlarda, hemen hemen tüm ekstrüzyon
makineleri kafalarında ekstrüzyon sensörü diye adlandırılan, ‘ekstrüzyon basıncı sensörleri’
ile standart olarak donatılmaktadır. Bu sensörler, 400 °C ‘ye kadar oldukça yüksek
sıcaklıklarda bile basıncı sürekli olarak algılayabilecek şekilde üretilmektedirler. Bu
sensörlerin basınç aralığı ise 100–2000 bar’dır.
Makinenin içine yerleştirilen sensörlerin tam görevi, yürümekte olan işlemin basınç
açısından kontrolünü sağlamaktır. Bu sensörlerin ölçtüğü değerler makinenin çalışmasını
anlamaya ve sistemin çözümlenmesine yardımcı olur. Sensörlerden alınan değerler ürün
kalitesinin istenilen şekilde ayarlanmasına olanak sağlar. Üründe herhangi bir problem ortaya
çıkması durumunda bunun nedenleri hakkında bilgi verir, bununla birlikte optimum kalite
şartları için ayarlama yapılacak değerlerin bilinmesini sağlar. Tüm bunlara ek olarak;
kullanılan hammaddenin akışkan dinamiğindeki değişimleri algılamayı kolaylaştırır.
Şekil 17. Ekstrüderde kullanılan bir basınç sensörü (National İnstruments)
Şekil 18 ‘de ekstrüderin vidası ve kovanı, vidanın dönmesini sağlayan motor ve şanzıman,
matris ve kafa, sabit akı sağlamaya yönelik dişli pompası, filtreleme sistemi, basınç-sıcaklık
sensör grubu ve yerleştirilmesi görülmektedir. Ekstrüder üzerinde yer alan sensörlerin
kullanım amaçlarına bakılırsa;
22
Şekil 18. Ekstrüder ve bölümleri
1,2 ve 3. sensörler, kovan üzerindeki basınç dağılımının izlenmesini sağlar. Bunun yanında,
akışkanın dinamiğinin tanımlanmasına yardımcı olur. Genellikle test ve ölçüm
ekstruderlerinde bulunurlar. Hammadde kalitesinin anlaşılmasında ve vida doğruluğunun
tespiti için kullanılırlar. Zor şartlara (sıcaklık, basınç v.b.) dayanıklıdırlar. Erime bölgesinde
bulunan bu sensörlerin, kalınlığı ~ 100μ olan membranı erimiş hammadde tarafından
bozulabilir.
4. sensör; filtre önündeki basıncı izlemek için kullanılır. Filtreye zarar gelmemesi için
yeterince hassas ve sağlam olmalı, bunun yanında sürekli ölçüme uygun olmalıdır.
5 ve 6. sensörler; dişli pompanın doğru olarak çalışıp, çalışmadığını kontrol amacıyla
kullanılırlar. Bu sensörlerin yeterince hassas olmalı ve ısıl stabilitesi olması tercih edilir.
7. sensör; en önemli sensördür. Kafa ve matris basıncını ölçerler. Ekstrüzyon işleminin sürekli
kontrolünün sağlarlar. Ürün kalitesinin kontrolünün ana şartıdır. Ürün kalitesi birebir olarak
kafada sabitlenen sıcaklık ve basınç değerine bağlıdır. Bu sensörlerin hassas ve ısıl kararlılığa
sahip olması gerekmektedir.
Genellikle, sensörlerden elde edilen sinyaller, vidayı süren motorun ve çekici motorun hızını
kontrol etmek amacıyla kullanılır. Ancak sadece alarm ve güvenlik amaçlı kullanımı da
yaygındır.
23
Bahsi geçen sensörler kullanılarak ekstrüzyon işleminde; verimlilik, üretkenlik arttırılır,
üründe kalite garantisi sağlanır, ekstrüder emniyeti sağlanır ve yapılan ölçümlerden elde
edilen bilgiler bakım, onarım gibi maliyeti olan işlerin yapılma zamanlarının kestirilmesini
sağlanır. Tüm bunları sonucunda zaman ve para tasarrufu sağlanır. Örneğin kovanda yükselen
basınç görülerek ekstrüderi kurtaran bir sistem, üretimde büyük avantaj sağlar.
Ekstrüderin basınç ölçümü alınan bölgelerinde ki basınç değişimleri yorumlanarak olası sorun
veya sorunlar tespit edilebilir. Sensörlerde; çok yavaş basınç arttığı gözlemleniyorsa,
malzemenin düzgün karıştırılmadığı ve/veya ergimenin tam olarak gerçekleşmediği, aşırı
basınç değeri varsa filtre tıkanması, motor ve/veya sürücü problemi olduğu, değişken basınç
değerlerinde ise hammadde beslemesinin hatalı olduğu veya degazör problemi olduğu
algılanır.
Şekil 19. Ekstrüder kafasında basınç ölçümü [Wiley J., 2002, Fundementals of modern
Manufacturing]
Şekil 19’da ekstrüzyon işlemini kontrol etmek için gerekli en önemli ölçüm noktası
gösterilmiştir. Kafanın tasarımına göre, doğru ve kaliteli ürün eldesi için çok hassas basınç
kontrolü gerekir. Matristen çıkan polimerdeki boyutsal doğruluk ve denge, ekstrüder
kafasındaki basınca bağlıdır.
24
Şekil 20. Kovan üzerinde basınç ölçümü
Kovan üzerindeki basınç ölçümü ile, kademeli basınç dağılımı izlenebilir. Bu sayede
polimerin farklı, sıkışma ve gevşeme grafikleri oluşturulabilir.
Şekil 21. Ekstrüderde filtre üzerinde basınç ölçümü
Filtreleme işlemi, ekstrüzyon işleminde saf ve hassas bir ürün elde etmek için gerekli
temek işlemdir. Filtreleme sayesinde mükemmel bir boyutsal doğruluk elde edilir. Filtre aynı
zamanda malzemenin akışını zorlaştıran bir engel gibidir. Dolayısıyla filtrenin durumunu
bilmek çok önemlidir. Ekstrüdere zarar verecek aşırı basınç yükselmesini önlemek için,
filtrede basıncın izlenmesi çok önemlidir.
25
Şekil 22. Ekstrüder otomasyon şeması
Ekstrüder kafasındaki basıncın kontrolü, plastik ekstrüzyon hatlarında karşılaşılan ana
kontrol problemlerinden biridir. Kafadaki basıncın kontrolü, ekstrüder vidasının hızını kontrol
etmek ile mümkündür. Bu tip bir kontrol pek çok bakımdan kritiktir. Vidanın hızının
arttırılması ile azaltılması arasındaki işlem cevapları farklı olabilir. Vida hızındaki ufak bir
azalma, ani basınç düşümüne neden olabildiği gibi, vida hızındaki artış, basınçta çok yavaş bir
yükselmeye neden olabilir. Bu tip tepkiler sistemi dengesiz yapar.
Bu nedenlerden dolayı bir kontrol cihazı kullanmak kaçınılmazdır. Bu cihazlar
sensörlerle birlikte birtakım olarak çalışırlar. Kontrol döngüsü, ekstrüder kafasına takılan bir
basınç sensörünü içermektedir. Bu sensörden gelen basınç bilgisi, mikroişlemci denetimli
kontrol cihazına iletilir. Kontrol cihazı, basınç bilgisini operatör tarafından girilen set değeri
ile karşılaştırarak motor sürücüsü için gerekli olan çıkış sinyalini üretir. Kontrol cihazı, motor
hızını otomatik olarak ayarlayarak, ekstrüder kafasında istenilen basıncın eldesini sağlar.
Kontrol cihazı, basıncın düzenlenmesinin yanında ani yükselme ve düşüşlerde ekstrüderin
durmasını sağlayarak hasar oluşumunu engeller.
Şekil 23. PID kontrol kullanılan işlemin cevap grafiği
26
Kontrol cihazında PID parametrelerinin ayarlanabilmesi için, algoritma ve fonksiyonlar
bulunmaktadır. Kontrol cihazındaki bu fonksiyonların aktif hale getirilmesiyle, PID
parametreleri otomatik olarak ayarlanır. Kendi kendini ayarlama ve otomatik ayarlama
özellikleri ile parametre ayarı yapılmaksızın çalışabilir. İstenildiği takdirde ek parametreler
manuel olarak ayarlanmak suretiyle sistem daha hassas olarak kontrol edilebilir [5].
Şekil 24. Ek kontrol parametreleri blok şeması
1.5.2.Sıcaklık Ölçümü ve Otomasyonu
Ekstrüder üzerinde yapılan sıcaklık ölçümü birçok açıdan önem taşımaktadır.
Hammaddenin tamamen ergiyip ergimediği, ya da çok yüksek sıcaklıktan dolayı yanıp
yanmadığı sıcaklık ölçümü ile anlaşılabilir. Sıcaklık etkeni de basınçta olduğu gibi ürünün
kalitesine doğrudan etki eden bir parametredir. Sıcaklık ölçümü genellikle basınç ölçümü
alınan noktalardan yapılır, çoğu kez basınç sensörleri içine entegre edilmiş sıcaklık sensörleri
aracılığı ile ölçüm alınır. Sıcaklık ölçümü için ekstrüder üzerine yerleştirilmiş termocouple
kullanımı yaygın bir uygulamadır. Bununla birlikte ekstrüder üzerinden ve kalibratör
üzerinden infrared olarak sıcaklık ölçümü yapılması mümkün olabilmektedir.
Şekil 25. Sıcaklık kontrol şeması
27
Sıcaklık ölçüm cihazından gelen analog sinyal, bir çevirici kart üzerinde dijital olarak işlenir
ve bilgisayar ortamına aktarılır. Bilgisayarda ve/veya kontrol cihazında bir yazılım tarafından
işlenen veri sistem çevrimini entegre edilir. Bu sayede hem ölçüm alınan noktalarda sıcaklık
manuel olarak gözlemlenir, hem de belirtilen algoritma içine alınan değerden işlemin
doğruluğu kontrol edilebilir [5].
1.5.3.Motor Kontrolü
Ekstrüder vidasının bağlı olduğu motor, sürücü ve buna bağlı yazılım ile kontrol edilir.
Basınç ve sıcaklık sensörlerinden alınan değerler bir kontrol yazılımında değerlendirilip
işlenir ve ekstrüder vida hızının uygun olan değerde kalması için, bir sinyal üretilip; motor
sürücüsüne gönderilir. Bir kapalı çevrim şeklinde devam eden bu işlem sonucunda, ekstrüder
içerisinde basınç ve sıcaklığın istenilen değerde olması sağlanır. Bununla birlikte, hat hızı da
yine aynı şekilde motor hızının azaltılıp, arttırılmasıyla ayarlanır.
Şekil 26. Motor sürücü blok diyagramı
Motorun sürülmesi için kullanılan yazılım, istenilen değerler arasında motorun
çalışmasını sağlar. Yazılımla istenilen pozisyon ve hareket profili ayarlanır ve sinyal hareket
kontrol kartı üzerine gönderilir. Gelen dijital değer burada analog değere çevrilerek motor
sürücü üzerine voltaj değeri olarak gönderilir. Motor sürücü ise motoru dolayısıyla mekanik
sistemi, akım çıkışı vererek kontrol eder. Bu çalışma sisteminde motor üzerinde bulunan bir
geri besleme cihazı tarafından, kontrol kartı üzerine geri besleme alınarak motorun istenilen
konumda olup olmadığı denetlenir.
28
Şekil 27. Motor için Hız- Zaman grafiği
Şekil 27’de verilen hız zaman grafiğinde de görüldüğü üzere, motor ilk önce hedeflenen hıza
yükselmekte, hedef hızda çalışmasını sürdürmekte ve istenilen pozisyonda durdurulması
mümkün olmaktadır. Bu profilde olduğu gibi, ekstrüder motoru da sürücü tarafından kontrol
edilerek istenilen basınç, sıcaklık ve hat hızı değerlerinin elde edilmesi sağlanır [5].
29
2.YAPILAN ÇALIŞMALAR
Yapılan çalışmadaki amaç masaüstü boyutlarda ekstrüzyon yöntemi ile boru imalatı
yapan bir makine tasarlamak ve bu makineden farklı ölçülerde boru imal etmektir. Çalışmada
2 farklı kalıp kullanıldı. 1. Kalıptan dış çapı 10 mm, iç çapı 8mm ve cidar kalınlığı 1 mm olan
boru üretmek; 2. kalıptan ise dış çapı 10 mm, iç çapı 5 mm ve cidar kalınlığı 2,5 mm olan
boru üretmektir. Yapılan deneysel çalışmalar 2 farklı malzeme kullanıldı. 1.malzeme yüksek
yoğunluklu polietilen, 2.malzeme ise geri dönüşüm ürünüdür. Helezon milinin vida çapını 20
kat küçük halde üretilen granülleri besleme hunisinden göndererek bir redüktör tarafından
tahrik edilen helezon mil vasıtasıyla yatay eksen boyunca taşınarak, 3 farklı bölgede
uygulanan ısıtma vasıtasıyla granülleri tamamen ergiyik hale getirerek kalıpta açılmış uygun
profilde boru çıkarmaktır. Burada 1.bölge sıcaklıkları ayarlandıktan sonra 2. ve 3. bölge
sıcaklıkları aynı değer olacak şekilde ayarlandı. Malzemeler huni bölgesinden beslendikten
sonra 1,2 ve 3 bölge sıcaklıkları değişik değerlere ayarlanıp ve redüktörün frekans değerleri
değiştirilerek çeşitli imalat parametrelerinde numuneler elde ederek kullanılan plastik
malzemelerden kaliteli boru imal etmek için en uygun şartlar belirlendi.
2.1.Tasarımın Amacı, Kısıtları ve Koşulları
Ekstrüzyon ürünleri pek çok alanda örneğin inşaat, sağlık, otomotiv, gıda, havacılık,
enerji sistemleri, petrokimya sektöründe kullanılmaktadır. Bu proje kapsamında masaüstü
boyutunda seri üretime uygun, hassas, düşük hata oranlarında ve malzeme kayıplarının az
olduğu bir ekstrüzyon sisteminin tasarımı ve imalatı hedeflenmektedir.
Projede amaçlanan hedef ilk olarak sektörde kullanılan ekstrüzyon makinalarına göre
hassas, küçük boyutlarda, fazla enerji harcamayan ve malzeme kaybının daha az olduğu
ekstrüzyon makinaları üretmektir. Üretilecek bu ekstrüzyon makinaları masaüstü boyutlarında
olduğundan uygun bütçeli olacaktır. Bu tezgâhta imalatı zor olan küçük boyutlardaki
ürünlerin üretilmesi hedeflenmektedir. Fiyat bakımından uygun olduğu için bu sektörde
inovasyon(girişimcilik) üzerine çalışmalarda bulunan kişilerin projelerinde ihtiyaç duydukları
boru, çubuk, tel, lamel gibi ürünleri hızlı ve kolay bir şekilde üretmeleri mümkün olmaktadır.
Maliyetinin düşük olmasından dolayı okullarda, üniversitelerde deney amaçlıda kullanılabilir.
30
Polimer malzemelerde mukavemet ve deformasyon arttırma çalışmalarında elde edilen
numune ürünlerinin üretimde kullanılıp kullanılamayacağı da bu sayede test edilebilir.
Öncelikle araştırması ve tasarımı, sonrasında da üretimi amaçlanan bu sistemin
masaüstü boyutlarda olması kullanım açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Fakat hali
hazırda bulunan benzer sistemler kadar fonksiyonlu değildir. Örneğin üretilecek parçaların
boyutları konusunda geniş bir imkana sahip değildir. Kovan ve helezon mil boyutlarının
küçük olmasından dolayı küçük parçaların üretimine imkan sağlamaktadır. Seri üretim
esnasında bu küçük parçaların üretimi daha büyük sistemlere göre daha kolay ve tasarruflu
olacaktır. Yer kaplama sorunu olmadığından kullanılacak ortamda bir kısıtlama getirilmesine
gerek kalmayacaktır. Kullanılması amaçlanan ekstrüzyon kalıplarının kolaylıkla sökülüp
takılması üretimde uzun süreli aksaklıklara sebep olmayacağı düşünülmektedir. Hem sistemin
üretiminde hem de seri üretimde herhangi bir problemle karşılaşılacağı öngörülmemektedir.
2.2. Sistem Elemanları ve Özellikleri
2.2.1 Redüktör ve Hız Kontrolcüsü Özellikleri
Tablo 1. Redüktör teknik özellikleri
Teknik Özellikler
Tip DRE273-2E90S/4B
Giriş Tip Direkt Akuple
Gerilim ve Frekans 50 Hz-400 V
Motor Verim Sınıfı IE2
Motor Gücü(kW) 1.1
n2(d/dak) 20
Çıkış Torku [Nm] 503
Tahvil 70.03
Servis Faktörü 0.9
Çıkış Rulmanları Eksenel Kuv. (AF)
Fama (+) [kN] 51
Akım IE2 [A] 2.6
Cos Fi IE2 0.75
31
Motor Verim (4/4) IE2 81.4
Yağ Miktarı [I] 1.8
Ağırlık [kg] 31
Şekil 28. Sistem redüktörünün görüntüsü
D-Serisi redüktör
D serisi redüktörler bilinen YILMAZ REDÜKTÖR kalitesindeki monoblok gövdeli
helisel dişli redüktörlerdir. D serisi redüktörler delik milli olmasından dolayı birçok uygulama
alanı için montaj kolaylığı ve kompaktlık sağlamaktadır. Bu modeller flanşlı, gövde
bağlantılı, delik milden askı bağlantılı veya bunların bir kombinasyonu olan montaj
şekillerinde üretilmektedir. Delik milli redüktörler sonsuz vidalı modellerde olduğu gibi
modüler sistemde düşünülmüştür. Çıkış milleri ve çıkış flanşları, standart ürün üzerine
sonradan ilave edilebilmektedir. Gövdenin her iki tarafından bağlanma imkanı sağlayan
bağlantı delikleri mevcuttur. Delik milli redüktörlerin motor bağlantılarında da esneklik
getirilmiştir. IEC B5 veya B14, standart akuple veya motorsuz mil girişli modeller mevcuttur.
Diğer sonsuz ve monoblok modeller ile olan kombinasyonlarda değişiklikler minimum
düzeye indirilmiştir. Yüksek mukavemet ve verimin ön plana çıktığı uygulama alanlarında,
sonsuz vidalı redüktörlerin yerini almakta olup, radyal yükler açısından da büyük avantajlar
sağlamaktadır [8].
32
Şekil 29. Hız kontrol sürücüsü görüntüsü
Özellikler ve Avantajları:
Güç: 110kW'a kadar
Besleme: 1 Faz 230V (170-240V)
Besleme: 3 Faz 400V (330-440V)
Özellikle Kolay Kullanım Odaklı
PID Proses Kontrolü
V/F Kontrol ve Tork Güçlendirme
Dayanıklı yüzey kaplamalı kartlar
Ağır şart kullanımı (60s %150)
Multi-fonksiyonel I/O
Jogging
RS485 (MODBUS) Haberleşmesi
2.2.2 Isıtıcı Kontrolcüsü ve Özellikleri
Enda ETC742 PID
* 72 x 72mm ebatlı.
* Seçilebilir sensör tipi. Şekil 30. Enda ETC74PID
ETC 7420 PV
SV CNT/AL2
SSR
AL1
SET
ENDA
CSET ASET
TEMPERATURE CONTROLLER
33
* PID parametrelerinin otomatik hesaplanması (SELF TUNE).
* Soft-Start özelliği.
* RS-485 ModBus protokolüyle haberleşme(Opsiyonel).
* Seçilebilir SSR ya da röle kontrol çıkışı.
* İkinci Alarm ya da kontrol çıkışı olarak programlanabilen röle çıkışı.
* Birinci Alarm çıkışı olarak kullanılabilen AL1 röle çıkışı.
* Seçilebilir Isıtma/Soğutma kontrolü.
* Giriş için offset özelliği.
* Prob arızası durumunda röle konumlarını seçebilme veya periyodik çalışma.
* Tuş takımı için güvenlik seviyeleri.
* Tuş takımı ve ModBus ile programlama
Tablo 2. Sıcaklık Kontrolcüsü Teknik Özellikleri [9].
Giriş tipi Skala aralığı Doğruluğu
°C °F
Pt 100 Rezistans
termometre
EN 60751 -200...600 °C -328... +1112°F 0,2%
Pt 100 Rezistans
termometre
EN 60751 -99.9...300.0°C -99.9...+543.0°F 0,2%
J (Fe-CuNi)
Termokupl
EN 60584 0... 600°C +32... +1112°F 0,2%
K (NiCr-Ni)
Termokupl
EN 60584 0...1200°C +32... +2192°F 0,2%
T (Cu-CuNi)
Termokupl
EN 60584 0... 400°C +32... +752°F 0,2%
S (Pt/0Rh-Pt)
Termokupl
EN 60584 0...1600°C +32... +2912°F 0,2%
R (Pt13Rh-Pt)
Termokupl
EN 60584 0...1600°C +32... +2912°F 0,2%
34
ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER
Besleme 230V AC +%10 -%20, 50/60Hz veya 24V AC %10, 50/60Hz
Güç tüketimi En çok 7VA
Bağlantı 2.5mm²'lik soketli klemens
Hat direnci Termokupl için en çok 100ohm, 3 telli Pt 100 için en çok 20ohm
Bilgi koruma EEPROM (en az 10 yıl)
EMC EN 61326-1: 1997, A1: 1998, A2: 2001 (EN 61000-4-3 standartı için
performans kriteri sağlanmıştır.)
Güvenlik
gereksinimleri
EN 61010-1: 2001 (Kirlilik derecesi 2, aşırı gerilim kategorisi II)
ÇEVRESEL ÖZELLİKLER
Ortam/depolama
sıcaklığı
0 ... +50°C/-25... +70°C
Bağıl nem 31°C'ye kadar %80, sonra lineer olarak azalıp 40°C'de %50'ye düşen
nemde çalışır.
Koruma sınıfı EN 60529 standartlarına göre Ön panel : IP65
Arka panel : IP20
Yükseklik En çok 2000m
Yanıcı ve aşındırıcı gaz bulunmayan ortamlarda kullanılmalıdır.
ÇIKIŞLAR
CONT./AL2 çıkışı Röle : 250V AC, 2A (rezistif yük için), NO+NC Kontrol veya Alarm2
çıkışı olarak seçilebilir
AL1 çıkışı Röle : 250V AC, 2A ( rezistif yük için), NO/NC seçilebilir (Alarm1
çıkışı).
SSR çıkışı Seçilebilir Lojik kontrol çıkışı.(Maksimum 12V, 20 mA)
Röle ömrü Yüksüz 30.000.000 anahtarlama; 250V AC, 2A rezistif yükte 300.000
anahtarlama
35
KONTROL
Kontrol biçimi Tek set-değer ve alarm kontrolü
Kontrol yöntemi On-Off / P, PI, PD, PID (seçilebilir)
A/D dönüştürücü 15 bit
Örnekleme zamanı 500ms
Oransal band %0 ile %100 arasında ayarlanabilir. Pb=%0 ise On-Off kontrol seçilir.
İntegral zamanı 0.0 ile 100.0 dakika arasında ayarlanabilir.
Türev zamanı 0.00 ile 25.00 dakika arasında ayarlanabilir.
Kontrol periyodu 1 ile 250 saniye arasında ayarlanabilir.
Histerisiz 1 ile 50°C/F arasında ayarlanabilir.
Çıkış gücü Set değerindeki oran %0 ile %100 arasında ayarlanabilir.
2.2.3.Termoeleman Seçimi
Projede 1. ve 2. bölgede 1’er adet olmak üzere toplamda 2 adet demir- konstantan
termocouple kullanılmıştır. 8mm çaplık termocouple kovanın üzerine açılmış vidalı bölgeye
vidalanarak beyaz ve kırmızı uçları ise ısıtıcıya bağlanmıştır. Termocouple amacı üretilen
elektrik enerjisi ısı enerjisine çevirerek 1. ve 2. Bölgelere ısı vererek malzemeleri eritmektir.
Şekil 31. Termoeleman görüntüsü
36
2.2.4. Kontrol Panelinin Oluşturulması
Genel montajdan sonra hız kontrol sürücüsü, sıcaklık kontrolcüsü ve redüktörün
elektrik donananımı bağlandıktan sonra sistemin kontrol edilmesi için panel oluşturuldu.
Bölgelere uygulanacak ısı değerler ve redüktörün devri bu panelden ayarlandı. Ekstrüzyon
makinesini açma-kapama işlemi panel üzerindeki şalterler ve kumanda anahtarından yapıldı.
Şekil 32. Kontrol paneli görüntüsü
37
3.BULGULAR
Yapılan deneylerde 2 kalıp ve 2 farklı malzeme kullanılarak; 1,2 ve 3 bölge
sıcaklıkları değiştirilerek, helezon mili tahrik eden redüktörün frekansları değiştirilip farklı
devir sayılarında kullanılan malzemeler için en kaliteli boru üretme durumundaki
parametreleri belirlemektir. Deney sonuçları aşağıda tablo halinde verilmiştir.
Tablo 3. Deney sonuçları
Numune
No
Kalıp
No
Malzeme 1.Bölge
Sıcaklığı [
]
2.ve 3.Bölge
Sıcaklığı
[ ]
Redüktör
Frekansı
[Hz]
Malzeme
kalitesi
1 1 G.D.Ü 150 155 1200 KÖTÜ
2 1 G.D.Ü 150 155 900 KÖTÜ
3 1 G.D.Ü 155 160 1420 KÖTÜ
4 1 G.D.Ü 165 170 1200 İYİ
5 1 G.D.Ü 150 155 1420 ORTA
6 1 G.D.Ü 155 160 1000 KÖTÜ
7 1 G.D.Ü 160 165 1200 İYİ
8 1 Y.Y.P.E 160 165 900 İYİ
9 1 Y.Y.P.E 160 165 1420 İYİ
10 1 Y.Y.P.E 165 170 1000 İYİ
11 1 Y.Y.P.E 165 170 1420 İYİ
12 1 Y.Y.P.E 155 160 1200 ORTA
13 1 Y.Y.P.E 155 160 900 KÖTÜ
14 1 Y.Y.P.E 155 160 1000 KÖTÜ
15 2 G.D.Ü 150 155 900 KÖTÜ
16 2 G.D.Ü 150 155 1200 KÖTÜ
17 2 G.D.Ü 155 160 1100 ORTA
18 2 G.D.Ü 155 160 1420 İYİ
19 2 G.D.Ü 160 165 1200 İYİ
38
20 2 G.D.Ü 160 165 900 ORTA
21 2 G.D.Ü 165 155 1000 İYİ
22 2 Y.Y.P.E 150 155 900 KÖTÜ
23 2 Y.Y.P.E 150 160 1200 KÖTÜ
24 2 Y.Y.P.E 155 160 1100 ORTA
25 2 Y.Y.P.E 155 165 1420 İYİ
26 2 Y.Y.P.E 160 165 1200 İYİ
27 2 Y.Y.P.E 160 155 900 ORTA
28 2 Y.Y.P.E 165 155 1000 İYİ
G.D. Ü. = Geri Dönüşüm Ürünü
Y.Y.P.E. = Yüksek Yoğunluklu Polietilen
Kalıp No. 1 = Cidar kalınlığı 1mm, dış çap 10mm, iç çap 8 mm
Kalıp No. 2 = Cidar kalınlığı 2.5mm, dış çap 10mm, iç çap 5mm
Tasarlanan ve imal edilen masaüstü boyutlarda ekstrüzyon makinesinde yapılan
deneyler sonucu 1.bölge sıcaklığı 160-165 , 2.-3. bölge sıcaklığı 165-175 , redüktörün
frekansı 1200-1420 Hz parametrelerinde çıkan boruların daha düzgün ve kaliteli olduğu
gözlenmiştir.
39
Şekil 33. 1.kalıptan elde edilen kaliteli ürün
40
Şekil 34. 1.kalıptan elde edilen kötü ürün
41
Şekil 35. 2.kalıptan elde edilen kaliteli ürün
Şekil 36. 2.kalıptan elde edilen kötü ürün
42
4.TARTIŞMA
Deneyde 2 kalıp ve 2 malzeme kullanıldı. 1.kalıp için 7 tane geri dönüşüm, 7 tane de
yüksek yoğunluklu polietilen için numune elde edildi; 2.kalıp için ise 7 tane geri dönüşüm, 7
tane de yüksek yoğunluklu polietilen için numune elde edildi. Bu numuneler elde edilirken
1. ve 2. Bölge sıcaklıkları değiştirildi. Ayrıca redüktörün frekansları da değiştirilerek ürünler
elde edildi.
1. kalıp için elde edilen numunelerde her iki üründe de 1.bölge sıcaklığı 150- 155
ayarlanıp, 2.bölge sıcaklığı 155-160 ayarlandığı durumlarda eğer redüktörün frekansı 900-
1000 Hz olduğunda kaliteli numuneler elde edilemedi ancak frekansı 1420 Hz kadar
artırıldığında numunelerin kalitesi artırıldığı gözlemlendi. 1.bölge sıcaklığı 160-165
ayarlanıp, 2.bölge sıcaklığı 165-170 ayarlandığı durumda redüktörün frekansı 1000 civarı
değerlere kadar düşürüldüğünde ise yine kaliteli ürünler alındı. Bu durum ise bize sıcaklıkları
düşük tutarsak malzeme tam ergiyik hale gelmedi için eğer redüktörün frekansı 1200’den
aşağı seçilirse kalitesiz ürünler elde edileceği eğer 1420 Hz ‘e getirilirse kaliteli ürün elde
edileceğini gösterdi. Eğer sıcaklıklar yüksek tutulursa redüktörün frekansı düşük tutulursa
yine kaliteli ürünler elde edildiği gözlemlendi. Bu sonuçlar bize plastiğe yüksek ısı verirsek
kolay ergiyik hale geleceğini kovan ve helezon mil arasında kolayca akacağını yani viskozite
değerinin azaldığından düşük mil devrinde bile kolayca akarak güzel numuneler vereceğini
göstermektedir. Eğer ısıtma bölgelerinde düşük ısı verilirse malzeme tam ergiyik hale
gelemeyeceğinden viskozitesi yüksek olacak bundan dolayı redüktörün frekansı yüksek
seçilerek malzemenin tıkanma yapmasını ve helezon mil vasıtasıyla kovan içinde kolay
taşınıp kaliteli numuneler elde edildi.
43
5.SONUÇLAR
En kaliteli boru yapmak için üretim parametreleri değiştirme işleminin sonuncunda;
İlk bölgeye uygulanan sıcaklığın, iki ve üçüncü bölgeye uygulanan sıcaklıktan daha az
olması gerektiği deneysel sonuçlarla tespit edildi. İlk ısıtma ve son ısıtma arasında sıcaklık
farkının 5-10 fark olması gerektiği gözlemlendi. Kaliteli boru imal etmek için ilk bölgenin
kullanılan malzeme için (yüksek yoğunluklu polietilen ve geri dönüşüm ürünü) sıcaklığı 160-
165 olması gerektiği belirlendi. Bu sayede daha düşük güçlü redüktörler bile
kullanıldığında uygun profilde boru imal edilebilir. Son bölge sıcaklığı ise 165-175 olması
boru imal etmek için uygun sıcaklık aralığıdır. Sistemde kullanılan redüktörün gücü 1.1
kW’dır. Bu redüktörün kontrolcüsünden frekansı max 1420’ye çıkartılmaktır, bu frekansta
ayarlanan milin devri 19 dev/dk’dır. Eğer bölge sıcaklıkları yüksek tutulursa, helezon milin
devri artırılması gerektiği gözlemlendi. Bunun nedeni ise düşük sıcaklıklarda plastik
malzeme tam ergiyemeyeceği için viskozitesi yüksek olacaktır ve bu durumda malzeme
helezon mili kovandan kalıba daha zor taşınacaktır. Eğer ısıtma bölge sıcaklıkları daha
yüksek tutulursa, helezon milin frekansı düşürülüp devri azaltılarak daha kaliteli borular elde
edildiği gözlemlendi.
Tasarlanan ve imal edilen masaüstü boyutlarda ekstrüzyon makinesi için uygun
parametreler:
1.bölge sıcaklığı = 160-165
2.-3. Bölge sıcaklığı = 165-175
Redüktörün frekansı = 1200-1420 Hz
44
6.ÖNERİLER
Yapılan deneysel çalışmalarda ilk hedef sistemden boru çıkarmaktır. Sanayide
kullanılan ekstrüzyon sistemleri birden fazla ve eş zamanlı çalışan bölümlerden
oluşmaktadır. Borunu şekillendirildiği bölge, çekme ünitesi, soğutma ünitesi ve kesme
ünitesi vs. Bu çalışmada sadece boru şekillendirme ünitesi bulunmaktadır. Yüksek sıcaklıkta
çıkan ergiyik plastik malzeme bir anda laboratuvar ortamına çıkınca malzeme büzülür. Bu
durumun sebebi ise ergiyik plastik malzemenin yaklaşık 170 sıcaklıkta ve ergiyik
malzemenin kalıptan çıktığı laboratuvar ortamının sıcaklığının ise yaklaşık 22 olmasıdır.
Burada meydana gelen ani ve yüksek ısı transferi malzemede büzülme ve kötü yüzey
kalitesine sabit boruların üretilmesine sebep olur. Bu durumu önlemek için ergiyik malzeme
kalıptan çıktıktan sonra soğutma yapılmalıdır. Endüstriyel uygulamalarda genellikle kalıptan
çıkan borular su havuzuna sokulur. Bu sayede daha düzgün bir ısı transferi sağlanarak düz ve
yüksek yüzey kaliteli borular üretilir. Bu büzülme ve kötü yüzey kalitesini engellemek için
diğer bir öneri ise kalıp bölgesinin uzun tutulmasıdır. Ergiyik malzemenin kalıptan çıkması
zaman alır. Uzatılan kalıpta üretilmek istenen boru boyutlarına uygun şekilde uzatılarak boru
kalıpta bir miktar ilerler ve burada bir miktar soğumaya başlar. İlk şekillenmeyi burada
başlayarak borunun kalıptan laboratuvar ortamına çıktığında büzülme büyük oranda
engellenir ve yüzey kalitesi daha yüksek boru imal edilir.
Boru imalatında karşılaşılan bir diğer sorun ise borunun kalıptan dışarı doğru
çıkarken borunun çekilmesi işlemidir. Sistemde çekme ünitesi bulunmadığından insan
gücünden faydalanılarak boru kalıptan çekildi. İnsan eli borunun her noktasında homojen bir
çekme kuvveti uygulaması imkânsız olacağından; çekilen borularda ezilme, çap daralması ve
kırılmalar meydana gelecektir. Endüstriyel uygulamalarda genellikle çekme işlemi bir
redüktör tarafından tahrik edilen merdane vasıtasıyla olduğundan çekme kuvveti borunun her
noktasında homojen etki etmektedir. Bu sayede boru çapında daralma, boruda ezilme ve
kırılma gibi durumlar meydana gelmemektedir. Sistemde ise kaliteli boru imal etmek için
çekme ünitesi eklenmelidir.
Borunun kalıptan çıkmaya başladığı anda diğer bir problem ise borunun cidar
kalınlığının homojen bir şekilde her noktada aynı olacak şekilde ayarlanmasıdır. Eğer
ayarlama kötü yapılırsa iç çap ve dış çapın eksenleri arasında kaçıklık meydana gelir. Bu
sebepten dolayı cidar kalınlığı her noktada aynı olmaz. Kalıplar kovanın kafa kısmına
45
takılırken sabitleme cıvatalarının sıkma ayarları hassas yapılmalıdır. Düzgün yapılmayan bu
ayarlama işlemleri sonucunda cidar kalınlığı dengesiz bir şekilde dağılır. Endüstriyel
uygulamalarda çapın düzgün bir şekilde ayarlanması için vakum sistemleri kullanılmaktadır.
Kalıba yerleştirilen maçalara vakum etkisi uygulanarak ergiyik plastik malzeme maçanın
yüzeyine tam çekilerek boru çapı düzgün ve homojen bir şekilde elde edilmesi sağlanır.
46
7.KAYNAKLAR
[1]http://www.nedirnedemek.com/, Son Erişim:10.11.2017
[2] http://teknikrehber.net/ekstruzyon-makinesinin-tanimi /,Son Erişim:13.11.2017
[3]http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf /,Son Erişim:18.11.2017
[4]http://www.plastikciyiz.biz/bilgi-kutuphanesi/teknik-bilgi-kutuphanesi/270/ekstruzyon-
kovan-tipleri-ve-calisma-prensipleri/,Son Erişim:23.11.2017
[5]Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Plastik Boru İmalatında Boru
Kalibresinde Termoelektrik Soğutma Uygulaması ve Kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, Mak.
Müh. Ümit TOKGÖZ,İstanbul,2008
[6]https://www.dersimiz.com/bilgibankasi/,Son Erişim:23.05.2018
[7]http://www.isiturkrezistans.com/rezistans_nedir.php /,Son Erişim:26.05.2018
[8]http://www.elektrikport.com/,Son Erişim:23.05.2018
[9]http://www.botekotomasyon.com/,Son Erişim:24.05.2018
47
8.EKLER
Resim 1. Kalıp montajlı hali
Resim 2. Kalıp patlatma görüntüsü
48
Resim 3. Ekstrüzyon makinasının görüntüsü
Resim 4. Sistemde kullanılan kalıp görüntüsü
49
Resim 5. Sistemde kullanılan ısıtıcı görüntüsü